Orchestrierung von virtuellen Experimenten im naturwissenschaftlichen Unterricht
| Arbeitsgruppe | Multiple Repräsentationen |
| Laufzeit | 09/2018-09/2022 |
| Förderung | IWM-Haushaltsmittel |
Projektbeschreibung
Das Erlernen wissenschaftlichen Denkens ist ein grundlegendes Ziel naturwissenschaftlichen Unterrichts. Virtuelle Experimente sind eine nützliche Methode zur Verbesserung wissenschaftlichen Denkens, da sie es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, Experimente selbst durchzuführen, die sonst nicht direkt beobachtbar, sehr kostspielig, gefährlich oder zeitintensiv wären. In diesem Projekt wurde untersucht, wie man das Lernen mit virtuellen Experimenten am besten orchestriert, um wissenschaftliches Denken im naturwissenschaftlichen Schulunterricht zu fördern.
In einem Teil des Projekts wurde untersucht, wie forschendes Lernen durch virtuelle Experimente unterstützt werden kann, indem diese mit anderen Lerngelegenheiten wie videobasiertem Modelling, metakognitiven Prompts, Feedback und Tests kombiniert werden. Die unterschiedlichen Lerngelegenheiten wurden in verschiedenen Sequenzen kombiniert, basierend auf den theoretischen Grundlagen der instruktionalen Ansätze Lernen aus Beispielen (Example-based Learning) und Lernen aus eigenen Fehlern (Productive Failure). Die Wirksamkeit dieser Sequenzen zur Verbesserung des wissenschaftlichen Denkens wurde in experimentellen Studien untersucht. Die Ergebnisse dieser Studien sind insbesondere für Lehrpersonen der Naturwissenschaften von Interesse, die virtuelle Experimente in ihren Unterricht einbauen wollen.
Ein weiterer Teil des Projekts konzentrierte sich auf die Potenziale digitaler Medien für forschendes Lernen im Physikunterricht, z.B. die Darstellung von abstrakten, dynamischen Zusammenhängen in virtuellen Experimenten, die nicht direkt beobachtbar sind. Kombinationen von hands-on Experimenten und virtuellen Experimenten scheinen besonders hilfreich zu sein, um konzeptuelles Wissen und Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung zu erwerben. Hands-on Experimente und virtuelle Experimente müssen dabei jedoch so orchestriert werden, dass sie die Schülerinnen und Schüler gleichzeitig unterstützen und kognitiv aktivieren. Zunächst wurde forschungsbasiert ermittelt, wie digitale Medien im Rahmen des forschenden Lernens didaktisch sinnvoll in einem Unterrichtskonzept orchestriert werden können. Das daraufhin entwickelte Unterrichtskonzept wurde in einem zweiten Schritt an Schulen eingesetzt und auf seine Lernwirksamkeit hin überprüft. Das langfristige Ziel ist es, dieses Konzept großflächig in Schulen umzusetzen.
Kooperationen
- Prof. Dr. Jochen Kuhn, Technische Universität Kaiserslautern
